HSG 11 phần hiệu ứng nhiệt

Nguyên lí I- Nhiệt hoá học 1.1- Nguyên lí I Định luật bảo toàn năng lợng Năng lợng không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.. Biểu thứ

đại cơng về lí thuyết của các

quá trình hoá học I- Nhiệt động lực học hoá học

I.1 Nguyên lí I- Nhiệt hoá học

1.1- Nguyên lí I ( Định luật bảo toàn năng lợng )

Năng lợng không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác

Biểu thức: ∆U = Q – A ( 1 )

U hàm nội năng;

∆U là biến thiên nội năng của hệ trong một quá trình biến đổi

∆U là hàm trạng thái ( chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối

không phụ thuộc vào cách thực hiện phản ứng)

Q là nhiệt kèm theo quá trình trên

A là công kèm theo quá tình trên mà hệ trải qua

- Quá trình xảy ra đẳng áp: P = const

A = P ∆V ( A thờng là công giãn nở )

( 1 ) ⇔ ∆U = Q – P ∆V

⇔ Q = ∆U + P ∆V = ( U2 + P.V2) - (U1 + P V1 ) (2)

Đặt H = U + P.V

H đợc gọi là hàm entapi ( hiệu ứng nhiệt đẳng áp ) U là hàm trạng thái

Do đó H là hàm trạng thái

(2) ⇔ Q = ∆H = H2 - H1 = ∑∆Hsp - ∑∆Hcđ =∆U + P ∆V ( 3 )

1.2- Nhiệt hoá học

a) Định luật Hess : Nhiệt của phản ứng hoá học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái

của các chất đầu và cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng, nghĩa là không phụ thuộc vào số lợng và đặc trng của các giai đoạn trung gian

b) Từ nguyên lí I : U, H là các hàm trạng thái nên ∆U, ∆H không phụ thuộc vào cách tiến hành quá trình mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái chất đầu và chất cuối → Nội dung nguyên lí I là nội dung của định luật Hess

c) Dấu của ∆H

Hệ toả nhiệt ∆H < 0

Hệ thu nhiệt ∆H > 0

VD: H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k) ; ∆H = -57,8 (kcal/mol) → phản ứng thu nhiệt

d) Hệ quả:

- Nếu phản ứng thuận có hiệu ứng nhiệt ∆H thì phản ứng nghịch có hiệu ứng nhiệt là -∆ H

- Hiệu ứng nhiệt của một chu trình bằng không

VD1: Hãy xác định nhiệt của quá trình oxi hoá C(r) thành CO(k), biết thực nghiệm thu

đ-ợc

C(r) + O2(k) = CO2(k) ∆H1 = -393,365 (kJ/mol)

CO(k) + 1/2 O2(k) = CO2(k) ∆H2 = - 282,7189 (kJ/mol) Giải: Thiết lập chu trình phản ứng dựa theo nội dung của định luật Hess

C(r) ∆→ H x COk ∆H1

-∆H2

CO2 k

Từ chu trình ta có các mối liên hệ:

Cr + O2 k = CO2 k ; ∆H1

CO2 k = COk + 1/2O2 k ; -∆H2

C(r) + 1/2 O2(k) = CO(k) ; ∆Hx = ∆H1 -∆H2 = - 110,4176 (kJ)

Bài tập:

Bài 1: Xác định ∆H của phản ứng: S (r) + 3/2O2(k) = SO3(k) ; ∆H1 = ?

Biết : S(r) + O2(k) = SO2(k) ; ∆H2 = - 297 (kcal/mol)

SO2(k) + 1/2O2(k) = SO3 (k) ; ∆H3 = -98,2 (kcal/mol)

ĐS: ∆H1 = -395,2 (kcal/mol)

Bài 2: Cho các số liệu động học của một số phản ứng sau ở 298K và 1atm:

2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O (1) ; ∆H1= -1011 (kJ)

N2O + 3H2 N2H4 + H2O (2) ; ∆H2 = -317 (kJ)

2NH3 + 1/2O2 N2H4 + H2O (3) ; ∆H3 = -143 (kJ)

H2 + 1/2O2 = H2O (4) ; ∆H4 = -286 (kJ)

Tính entanpi (nhiệt tạo thành) của N2H4, N2O

ĐS:1) Nhiệt tạo thành của N2H4 tức là nhiệt của phản ứng

N2 + 2H2 = N2H4 (5) ;∆H5 = 1/4[ -( ∆H1+∆H4) + ∆H3 + 3∆H2]

= 50,75 (kJ/mol)

2) Nhiệt tạo thành N2O tức là hiệu ứng nhiệt của phản ứng

N2 + 1/2O2 = N2O (6) ; ∆H6 = ∆H5 + ∆H4 -∆H2 = 81,75 (kJ/mol)

1.3- Các cách tính nhiệt của phản ứng hoá học

a) Tính nhiệt của phản ứng hoá học từ nhiệt sinh

- Nhiệt sinh ( nhiệt hình thành ) của một hợp chất là nhiệt của phản ứng tạo ra 1 mol hợp chất đó từ các đơn chất ở trạng thái ở trạng thái bền nhất hay thờng gặp nhất của những nguyên tố tự do của hợp chất trong những điều kiện đã cho về nhiệt độ và áp suất

Qui ớc:

- Nhiệt sinh tiêu chuẩn:∆H0

S 298 là nhiệt sinh của chất ở 298K (250C), P = 1 atm

- Sinh nhiệt tiêu chuẩn của các đơn chất ở trạng thái tiêu chuẩn bằng không

Quy tắc : Nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất cuối trừ tổng nhiệt

sinh của các chất đầu

Công thức : ∆H0

p = ∑

=

∆

m 1 j

0 j

=

∆Η

n i

i

1 0

∑

=

∆

m

1

j

0

j

H là nhiệt tạo thành của các chất sản phẩm

∑

=

∆Η

n

i

i

1

0

là nhiệt tạo thành của các chất tham gia phản ứng

∆H0

p thay đổi theo nhiệt độ không nhiều lắm, nhiều trờng hợp coi nh không đổi

VD2: Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau:

4FeCO3 tt + O2 k = 2Fe2O3 tt + 4 CO2 k Biết nhiệt sinh tiêu chuẩn ∆H0

S 298 của các chất trong phơng trình phản ứng đó nh sau: Chất CO2 k FeCO3 tt Fe2O3 tt O2 k

( kJ/mol)

Ta có nhiệt của phản ứng trên là:

∆H0

p = 4 (∆H0

S 298 )CO2 + 2 (∆H0

S )Fe2O3 - 4(∆H0

S )FeCO3 = - 225,96 ( kJ/mol)

Bài tập:

Bài 1: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng CaOr + CO2 k = CaCO3 r ;∆Hp = ?

Biết : ∆H S 298 (kJ/mol) -636 -394 -1207

Bài 2: a)Khi 1 mol rợu CH3OH cháy ở 298K và ở thể tích cố định theo phản ứng :

CH3OH(l) + 3/2 O2 (k) = CO2(k) + 2 H2O(l)

giải phóng ra một lợng nhiệt là 173,65 kcal/mol Tính ∆Hp

b) Biết nhiệt sinh tiêu chuẩn của H2O(l) và CO2(k) tơng ứng là -68,32 và -94,05 kcal/mol Tính sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH3OH(l)

Bài 3 : Tính sinh nhiệt chuẩn của As(III)oxit tinh thể Biết:

a) As2O3 (r ) + 3H2O = 2 H3AsO3 (dd) ; ∆H1 = 7,55 (kcal/mol)

b) AsCl3 (r ) + 3 H2Ol = H3AsO3 (dung dịch) + 3 HCl(dd) ; ∆H2 = 17,58 (kcal/mol)

c) As( r ) + 3/2 Cl2 (k) = AsCl3 ( r ) ; ∆H3 = -71,39 (kcal/mol)

d) HCl(k) + aq = HCl (dd) ; ∆H4 = -17,31 (kcal/mol)

e) 1/2H2 (k) + 1/2 Cl2 (k) = HCl (k) ; ∆H5 = - 22,24 (kcal/mol)

f) H2(k) + 1/2 O2(k) = H2O (l) ; ∆H6 = -68,3 (kcal/mol)

b) Tính nhiệt của phản ứng từ nhiệt cháy ( thiêu nhiệt )

- Định nghĩa: Thiêu nhiệt của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy một mol chất đó bằng oxi ở điều kiện tiêu chuẩn để tạo thành các oxit bền

VD: hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

CH4 (k) + 2O2(k) = CO2(k) + 2H2O(l) ; ∆H0

298 = -212,7 (kcal/mol)

đợc gọi là thiêu nhiệt của CH4 (k)

- ứng dụng: Có thể tính hiệu ứng nhiệt của một phản ứng khi biết thiêu nhiệt của các chất phản ứng và các sản phẩm

- Biểu thức: ∆H0 = ∑

=

∆Η

n i

i

1

0

-∑

=

∆

m 1 j

0 j

H Chú ý nhân với hệ số cân bằng

∑

=

∆

m 1 j

0 j

H là nhiệt cháy của các chất sản phẩm

∑

=

∆Η

n i

i

1

0 là nhiệt cháy của các chất tham gia phản ứng

VD3: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng : 2CH4 → C2H2 + 3H2

Biết nhiệt cháy của các chất nh sau:

CH4 + O2 → CO2 + 2H2O ; ∆HC 1 = -803 (kJ/mol)

C2H2 + 5/2 O2 → 2CO2 + H2O ; ∆HC 2 = -1257 (kJ/mol)

H2 + 1/2 O2 → H2O(hơi) ; ∆HC 3 = - 394 (kJ/mol)

∆H0

p = 2∆HC 1 - ∆HC 2 - 3∆HC 3 = 377 (kJ/mol)

Câu 3: Một phản ứng quan trọng tạo nên “mù” gây ô nhiễm môi trờng là:

O3 (k) + NO (k) O2 (k) + NO2 (k) có KC = 6.1034 a) Nếu nồng độ ban đầu là: O3 : 10-6 M ; NO: 10-5 M; NO2 : 2,5.10-4M và O2 : 8,2.10-3 thì phản ứng có ở vị trí cân bằng không? Nếu không thì nó đang diễn biến theo chiều nào? Tính nồng độ của các chất khi ở trạng thái cân bằng

b) Trong những ngày nóng nực thì tầng ozon bị phá huỷ nhiều hay ít hơn so với những ngày mát mẻ Biết ∆ H0tt(O3 ) = 142,7 kJ/mol; ∆ Htt0( NO)= 90,25 kJ/mol; ∆ H0tt(NO2 ) = 33,18 kJ/mol

a)Xét tỉ số nồng độ các chất :

NO

O

NO

O

C

C

C

C

.

.

3

2

2

= 2,1 10 5 < KC → Phản ứng diễn biến theo chiều thuận cho đến khi đạt

đ-ợc giá trị KC ( nồng độ của O2, NO2 tăng; nồng độ của O3, NO giảm)

O3 (k) + NO (k) O2 (k) + NO2 (k)

C 10-6 10-5 8,2.10-3 2,5.10-4

p/ 10-6-x 10-6-x

[ ] x 0,99.10-5+x 8,2.10-3 +10-6- x 2,5.10-4 +10-6-x

Vì K rất lớn nên giả sử x << 10-6M

4 3

10 99 , 0

10 51 , 2 10

201

,

8

−

−

−

x = 6.1034 → x = 3,4.10-36 <<10-6

Vậy [O3] = 3,4.10-36M; [NO] = 9,9.10-6M; [O2] = 8,201.10-3M; [NO2] = 2,51.10-4M a) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng: ∆ H0 = 0 + 33,18 – 142,7 – 90,25

= - 199,77 kJ < 0

→ Phản ứng toả nhiệt

→ Khi nhiệt độ không khí tăng lên cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch

→ Tầng ozon bị phá huỷ ít hơn so với ngày mát mẻ

Bài tập:

Bài 1: Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng

C2H5OH (l) + CH3COOH(l) = CH3COOC2H5 (l) + H2O(l)

Cho biết thiêu nhiệt của các chất nh sau:

C2H5OH(l) ; ∆Htn1= - 326,7 (kcal/mol)

CH3COOH(l) ; ∆Htn2 = -208,2 (kcal/mol)

CH3COOC2H5 (l) ; ∆Htn3 = -545,9 (kcal/mol)

ĐS:

c) Nhiệt chuyển pha

- Các quá trình chuyển pha thờng gặp là:

+ Sự nóng chảy, sự hoá rắn

+ Sự bay hơi, sự ngng tụ

+ Sự thăng hoa

+ Sự chuyển dạng thù hình

Các quá trình chuyển pha cũng thờng kèm theo hiệu ứng nhiệt, gọi là nhiệt chuyển pha VD: Xác định nhiệt chuyển pha của quá trình:

C(graphit)→ C(kim cơng) ; ∆H1 = ?

Biết :Cgraphit + O2 (k) = CO2 (k) ; ∆H2 = -94,052 (kcal/mol)

Ckim cơng + O2 (k) = CO2 (k) ; ∆H3 = -94,505 (kcal/mol)

Giải: ∆H1 = ∆H2 - ∆H3 = 0,453 (kcal/mol)

Bài 1: Biết: ∆H0

S H2O (l) = -68,32 (kcal/mol) ∆H0

S H2O (k) = -57,8 (kcal/mol) Xác định ∆Hhoá hơi của nớc

d) Nhiệt phân li: Nhiệt phân li của một chất là năng lợng cần thiết để phân huỷ 1 mol

phân tử của chất đó ở thể khí thành các nguyên tử ở thể khí

VD: H2 (k) = 2H(k) ;∆H = 104,2 (kcal/mol)

Bài 4: Tính năng lợng mạng lới tinh thể của BaCl2, từ 2 loại dữ kiện sau

a) Sinh nhiệt của BaCl2 tinh thể: -205,6 (kcal/mol)

- Nhiệt phân li của Clo: 57 (kcal/mol)

- Nhiệt thăng hoa của Ba kim loại : 46 (kcal/mol)

- Thế ion hoá thứ nhất của Ba: 119,8 (kcal/mol)

- Thế ion hoá thứ hai của Ba: 230,0 (kcal/mol)

- ái lực với electron của Cl: -88,5 (kcal/mol)

b) – Nhiệt hoà tan của BaCl2 : -2,43 (kcal/mol)

- Nhiệt hiđrat hoá của ion Ba2+: -321,22 (kcal/mol)

- Nhiệt hiđrat hoá của ion Cl- : - 86,755 (kcal/mol

e) Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng từ năng lợng liên kết

Năng lợng liên kết là năng lợng cần cung cấp để phá vỡ 1 liên kết để tạo thành các

nguyên tử ở thể khí

Ta thấy: nhiệt phân li = tổng năng lợng liên kết hoá học của tất cả các kiên kết trong phân

tử của nó

VD: tính năng lợng liên kết của liên kết C-H trong phân tử CH4 biết :

- Sinh nhiệt tiêu chuẩn của CH4: ∆H0

S, 298, CH4 = -98 (kcal/mol)

- Nhiệt phân li của H2: ∆Hpl,H2 = 104,2 (kcal/mol)

- Nhiệt thăng hoa của C: ∆Hth, C = 172 (kcal/mol)

Giải: Viết các phơng trình biểu diễn mối liên quan giữa các phơng trình có liên quan

∆H0

p = ∑∆Η

dau

cuoi

lk Chú ý nhân với hệ số cân bằng

VD4: Tính năng lợng liên kết của H-I Biết năng lợng liên kết của H-H và I-I lần lợt là

436 kJ/mol và 151 kJ/mol

2HI = H2 + I2 ;∆H0 = 52 (kJ/mol)

∆HH-I = (436 + 151 – 52 )/2 = 267,51 (kJ/mol)

Bài tập rèn luyện Bài 1: Tính năng lợng liên kết trung bình C – H và C – C từ các kết quả thực nghiệm:

- Nhiệt đốt cháy (kJ/mol) CH4 = -801,7; C2H6 = 1412,7; H2 = -241,5 ; than chì = -393,4

- Nhiệt hoá hơi than chì = 715 kJ/mol

- Năng lợng liên kết H – H = 431,5 kJ/mol

ĐS: C – H : 413,175 kJ/mol

C – C : 344,05 kJ/mol

Bài 2: Từ thực nghiệm thu đợc trị số ∆ H (kcal/mol) phân li từng liên kết ở 250C :

Hãy tính ∆ H của sự đồng phân hoá: CH3CH2OH (hơi ) → CH3OCH3 (hơi)

Nêu sự liên hệ giữa dấu của ∆ H với độ bền của liên kết

ĐS: 11 Kcal/mol

Bài 3: Cho biết các năng lợng phân li liên kết sau đây:

Liên kết O – H C – C C = C C – H Cl – Cl H – Cl C- O C - Cl

E (kcal/mol) 11 83 143 100 57 103 84 78,5

Hãy tính hiệu ứng nhiệt trong các phản ứng sau đây

a) HCl + CH2 = CH2 → CH3 – CH2Cl

b) C2H5OH → H2O + CH2 = CH2

c) CH4 + Cl2→ HCl + CH3Cl

d) ĐS:

Bài 4: Cho biết các năng lợng liên kết sau đây: EC-C = 343,4 kJ/mol, EC=C = 597,7 kJ/mol;

EC-H = 418,4 kJ/ mol

a) Hãy tính năng lợngnt hóa của ben zen ứng với công thức cổ điển của Kekule

b) B) So sánh với giá trị thực nghiệm EA = 5496,7 kJ/mol và giải thích

ĐS: EA = 5333,7 kJ

Bài 5: Cho biết các năng lợng phân li liên kết sau đây:

Liên kết O – H C – C C = C C – H Cl – Cl H – Cl C- O C - Cl

E (kcal/mol) 11 83 143 100 57 103 84 78,5

Hãy tính hiệu ứng nhiệt trong các phản ứng sau đây

e) HCl + CH2 = CH2 → CH3 – CH2Cl

f) C2H5OH → H2O + CH2 = CH2

g) CH4 + Cl2→ HCl + CH3Cl

Bài 6: Cho biết các năng lợng liên kết sau đây: EC-C = 343,4 kJ/mol, EC=C = 597,7 kJ/mol;

EC-H = 418,4 kJ/ mol

c) Hãy tính năng lợngnt hóa của ben zen ứng với công thức cổ điển của Kekule

d) B) So sánh với giá trị thực nghiệm EA = 5496,7 kJ/mol và giải thích

ĐS: EA = 5333,7 kJ

Bài 7: Nhiệt phân li của hiđro là 104 (kcal/mol)

- Nhiệt phân li của oxi là 118 (kcal/mol)

- Sinh nhiệt của nớc lỏng là - 68,3 (kcal/mol)

- Nhiệt bay hơi của nớc là 10,5 (kcal/mol)

Xác định năng lợng liên kết của O-H trong phân tử nớc

Bài 8 : Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng :

C2H4 (k) + H2 (k) = C2H6 (k)

Cho biết :E(H-H) = 104 (kcal/mol) ; E(C=C) = 147 (kcal/mol) ;

E(C-C) = 83 (kcal/mol) ; E(C-H) = 99 (kcal/mol)

II- Nguyên lí II Entropi

II.1- Nguyên lí II:

Nhiệt không thể truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn

II.2- Entropi

1- Quá trình tự diễn biến

- Nhiệt từ vật nóng truyền sang vật lạnh hơn chứ không có quá trình ngợc lại

- Nớc hoa từ lọ có thể tự bay khắp phòng còn quá trình ngợc lại thì không tự diễn ra

2- Entropi

Các hệ trong tự nhiên luôn có xu hớng chuyển từ trạng thái trật tự sang trạng thái vô trật tự hơn Sự vô trật tự của một hệ phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ và áp suất của

hệ

Để đánh giá sự tự diễn biến của của một quá trình ta dùng khái niệm mới là Entropi

và kí hiệu là S S là một hàm trạng thái

Nếu sự vô trật tự càng lớn thì S càng cao

Biến thiên entropi ∆S của hệ và của môi trờng xung quanh tăng lên

∆S tổng = ∆S hệ + ∆S mtxq > 0 thì quá trình là tự diễn biến

∆S =

T

Q

=

T

∆Η

VD5: Một mol nớc đá nóng chảy tại P= 1 atm và 00C thì hấp thụ một lợng nhiệt là

6003,734J Tính ∆S của quá trình

T = t0C = 273,15 = 273,15 K Nhiệt đã cho là nhiệt nóng chảy, ta có thể dùng kí hiệu

Qnc = ∆Hnc = 6003,734(J/mol) Vậy ∆S nc =

T

Q

=

T

∆Η

= 6003,734 /273,15 = 21,98 (J/mol.K)

* Cách tính ∆Sp = ∑∆S298, sp - ∑∆S298, cđ

VD: Tính biến thiên entropi của phản ứng

CaCO3 (r) = CaO(r) + CO2 (k)

Biết S0

298,(cal/mol.K) 22,16 9,5 51,06

∆S0

298,p = 51,06 + 9,5 – 22.16 = 38,4 (cal/mol.K)

Biến thiên entropi dơng Phản ứng t diễn biến về phơng diện entropi

* Chú ý : Entropi S của từng chất thay đổi theo nhiệt độ thì khá nhiều nhng ∆Sp thì không thay đổi nhiều lắm

III- Năng lợng tự do Gipxơ ( Thế đẳng áp-đẳng nhiệt)

Thế nhiệt động là hàm của T, P Nó là một hàm trạng thái Hàm G(T,P) là thế nhiệt động hay năng lợng tự do Gipxơ

* Nhận xét: Hai yếu tố entanpi và entropi là hai yếu tố đồng thời tác động lên hệ nhng theo hai chiều ngợc nhau: Về phơng diện hoá học, entanpi giảm khi các nguyên tử kết hợp với nhau để tạo thành các phân tử với các liên kết bèn vững nhng entropi lại giảm gỉm vì độ hỗn loạn của hệ giảm

Ngợc lại, khi entropi tăng, yếu tố entropi là thuận lợi cho sự diễn biến của quá trình thì hệ lại hấp thụ năng lợng để phá vỡ liên kết của các phân tử, do đó entanpi của hệ tăng lên

Nói cách khác, trong mỗi qúa trình luôn luôn có sự cạnh tranh giữa 2 yếu tố : yếu

tố entanpi ( giảm năng lợng) và yếu tố entropi ( tăng mức độ hỗn loạn) Trong cuộc cạnh tranh này yếu tố nào mạnh hơn sẽ quyết định chiều hớng của quá trình

Đại lợng thế đẳng áp- đẳng nhiệt là sự thống nhất giữa 2 yếu tố entanpi và entropi

1) ở T, P không đổi ( đẳng nhiệt, đẳng áp) biến thiên của hàm G là ∆G là tiêu chuẩn về cân bằng và tự diễn biến

∆G = 0 Quá trình đạt tới trạng thái cân bằng

∆G < 0 Quá trình tự xảy ra

Viết gộp ∆G ≤ 0

2) Biểu thức thống nhất giữa hai nguyên lí

Phơng trình Gipxơ- Hemhon:

∆G = ∆H - T∆S

∆Gp = Σ∆Gchất đầu - Σ∆Gchất cuối

∆G S, 298 đơn chất = 0

VD6 : Xác định chiều tự diễn biến của phản ứng sau ở 298K

CuO r + Cr → Cur + COk

Biết S0

298 cal/mol.K 10,4 1,37 7,96 51,03

∆H0

S 298K kcal/mol -38,72 0 0 -26,42

Giải:

p = -26,42+ 0 – 0- ( -38,72) = 12,3 ( kcal/mol)

∆S0

p = 51,03 +7,96- 10,4- 1,37 = 47,27 (cal/mol.K)

∆G p = ∆H p - T∆Sp = 12,3 – 47,27.298/1000 = - 1,786 ( kcal/mol) < 0

Vậy phản ứng có thể tự diễn biến

* Chú ý: Nếu đối với quá trình thuận ∆G < 0 ( tự diến biến) thì đối với quá trình nghịch ( không tự diễn biến) ∆G>0 Khi ∆G = 0 thì quá trình có thể diến ra theo cả hai chiều

ng-ợc nhau ( phản ứng cân bằng)

Bài 1: Đối với phản ứng CaCO3 (r) = CaO( r ) + CO2 (k)

∆H0

298 (kcal/mol) -288,5 -151,9 -94

∆S0

298 (cal/mol.K) 22,16 9,5 51,06

Xác định chiều phản ứng ở 298K Xác định nhiệt độ ở đó CaCO3 bắt đầu bị phân huỷ

ĐS: ∆Gthuận > 0 phản ứng tự diến biến theo chiều nghịch

T > 1109,4 K thì phản ứng tự diễn biến theo chiều CaCO3 bị phân huỷ

Bài 2 : Đối với phản ứng

H2Ok + Cr→ COk + H2 k

ở 600K ∆G0 = 12,18 (kcal/mol)

ở 700K ∆G0

2 = 8,14 (kcal/mol) Tính giá trị trung bình của biến thiên entropi trong khoảng nhiệt độ này

ở nhiệt độ nào thì phản ứng này xảy ra đợc? Coi ∆H0, S0không thay đổi theo

nhiệt độ

∆H0 = - 36 420 (cal/mol) ; ∆S0 = 40,4 (cal/mol.T)

T = 901K thì phản ứng bắt đầu diễn ra theo chiều thuận

Bài 3: Cho ∆H0

298 (cal/mol) ∆S0

298 (cal/mol.K)

O2(k) 0 49,01

H2S -4800 49,1

Hỗn hợp khí H2S và O2 ở đktc có bền không nếu nh giả thiết có phản ứng theo sơ

đồ H2Sk + O2 → H2O k + Sr

Bài 4: ở nhiệt độ nào phản ứng

PCl5  → PCl3 + Cl2

đầu xảy ra biết ∆H0

298 (cal/mol) ∆S0

298 (cal/mol.K) PCl5 -88 300 84,3

PCl3 - 66 700 74,6

Cl2 0 53,3

Bài 5: Cho phản ứng Fe2O3(r) + 3H2 (k) = 2Fe + 3 H2O(k)

Biết ở điều kiện chuẩn ∆G0

p = 13,036 (kcal/mol) và ở nhiệt độ cao hơn 678K, hiđro bắt

đầu khử đợc oxit sắt, entropi và entanpi của phản ứng coi nh không phụ thuộc vào nhiệt

độ Tính ∆H0

298,∆S0

298 của phản ứng

ĐS: ∆S0

298 = 33,8 (cal/mol.T); ∆H0

298 = 22,9 (kcal/mol)

Bài 6: Trong lò cao luyện gang xảy ra các phản ứng sau:

Phản ứng ∆H0

298(kcal/mol) ∆S0

298 (cal/mol.K) 1) Cr + O2 (k) = CO2 -94,05 -0,69

2) C( r ) + CO2 (k) = 2CO(k) +41,21 +42,01

3) 3CO(k) + Fe2O3( r ) = 3 CO2 (k) + 2 Fe( r ) -6,09 +3,0

4) CO(k) + 3 Fe2O3( r ) = CO2(k) + 2Fe3O4 ( r ) - 12,83 + 9,4

5) CO(k) + Fe3O4 (r) = CO2 ( k) + 3 FeO( r ) + 8,67 + 10,10

6) CO(k) + FeO ( r) = Fe ( r ) + CO2 ( k ) - 3, 83 - 3,41

Tính ∆G0

298 của các phản ứng

3C ( r ) + 2Fe2O3 ( r ) = 3CO2(k) + 2Fe ( r )

2C ( r ) + Fe3O4 ( r ) = 2CO2 (k) + 3Fe (r )

C ( r ) + 2FeO (r ) = CO2 ( k) + 2Fe ( r)

ở 4000C, 6500C, 7000C- 8000C sẽ xảy ra các phản ứng khử các oxit Fe nào bằng CO, C

Nhiệt phản ứng Bài 1: Tính ∆ H của phản ứng sau:

CH 4 (k) + 4Cl 2(k) → CCl 4 (k) + 4HCl (k)

Biết các giá trị năng lợng liên kết

C - Cl : 326,3 kJ

H - Cl 430,9 kJ

C - H 414,2 kJ

Cl - Cl 242,6 kJ

Bài 2: Tính nhiệt phản ứng:

8 Al (r) + 3 Fe 3 O 4 (r) → 9 Fe (r) + 4Al 2 O 3 ( r )

Biết nhiệt tạo thành của Fe 3 O 4 và Al 2 O 3 tơng ứng là 1117 kJ/mol và 1670 kJ/mol

Bài 3: Tính ∆ H của phản ứng :

C 2 H 2 (k) + 2 H 2 (k) → C 2 H 6 (k)

Theo 2 cách sau:

a) Dựa vào năng lợng liên kết

b) Dựa vào nhiệt tạo thành

Hãy so sánh 2 kết quả và giải thích vì sao có sự khác nhau đó? Kết quả nào chính xác hơn?

Biết : Năng lợng liên kết (kJ/mol) của các liên kết H – H, C – H, C- C,

C ≡ C tơng ứng là: 436, 414, 347, 812

Nhiệt tạo thành (kJ/mol) của C 2 H 2 và C 2 H 6 tơng ứng là +227 và -84,6

Bài 4: Khi hoà tan 1,5 gam NH4 NO 3 vào 35 gam H 2 O thì nhiệt độ của H 2 O từ 22,7 0 C hạ xuống

đến 19,4 0 C Hỏi quá trình hoà tan toả nhiệt hay thu nhiệt? Tính ∆ H khi hoà tan 1 mol NH 4 NO 3

vào nớc Biết nhiệt dung của nớc là 1 cal/1g nớc.

Bài 5: Cho Xiclopropan → Propen có ∆ H 1 = - 32,9 kJ/mol

Nhiệt đốt cháy than chì = − 394,1 kJ/mol ( ∆ H 2 )

Nhiệt đốt cháy Hidrro = − 286,3 kJ/mol ( ∆ H 3 )

Nhiệt đốt cháy Xiclopropan = − 2094,4 kJ/mol ( ∆ H 4 ) Hãy tính:

Nhiệt đốt cháy Propen, Nhiệt tạo thành Xiclopropan và nhiệt tạo thành Propen?

♣ Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán, hoặc dùng phơng pháp tổ hợp các cân bằng :

* Ta có: Phơng trình cần tính là

CH 2 =CH-CH 3 + 4,5O 2 → 3CO2 + 3H2O ∆ H 5 = ?

phơng trình này đợc tổ hợp từ các quá trình sau:

CH 2 =CH-CH 3 → C 3 H 6 xiclo (- ∆ H 1 )

C 3 H 6 xiclo + 4,5O 2 → 3CO 2 + 3H 2 O ∆ H 4

Cộng 2 phơng trình này ta đợc phơng trình cần tính ∆ H 5 = ∆ H 4 - ∆ H 1

Vậy, nhiệt đốt cháy propen = − 2094,4 − ( − 32,9) = − 2061,5 kJ/mol

* Tơng tự: 3 ( C + O 2 → CO 2 ∆ H 2 )

3 ( H 2 +

2

1

O 2 → H 2 O ∆ H 3 ) 3CO 2 + 3H 2 O → C 3 H 6 (xiclo) + 4,5 O 2 (- ∆ H 4 )

Tổ hợp đợc 3C + 3H 2 → C 3 H 6 xiclo ∆ H 6 = 3 ∆ H 2 + 3 ∆ H 3 - ∆ H 4

∆ H 6 = 3( − 394,1) + 3( − 286,3) − ( − 2094,4) = 53,2 kJ/mol

* Tơng tự nhiệt tạo thành propen là:

∆ H 7 = 3 ∆ H 2 + 3 ∆ H 3 - ∆ H 5 = 20,3 kJ/mol

Bài 6: ở 250 C phản ứng NO + 1

2 O2→ NO2

có ∆ G 0 = − 34,82 kJ và ∆ H 0 = − 56,43 kJ

a) Hãy tính hằng số cân bằng ở 298 K và 598 K ?

b) Kết quả tìm đợc có phù hợp với nguyên lý Le Chatelier không?

♣ a) K298 = 102,3030

G RT

−∆

= 102,303 8,314 29834820

−

ì ì = 1,3 10 6 Để tính K598 không dùng công thức nói trên, vì cha biết ∆ G 0 ở 598 K.

Tuy nhiên nếu chấp nhận ∆ H 0 = − 56,43 kJ không phụ thuộc nhiệt độ trong khoảng 298 K →

598 K thì có thể dùng biểu thức : ln

0 2

∆

→ ln 598 6

1,3 10 8,314 298 598

c) K598 < K298 → sự tăng nhiệt độ của phản ứng tỏa nhiệt làm cân bằng dịch chuyển theo chiều từ phải sang trái (chiều của phản ứng thu nhiệt) → phù hợp với nguyên lý Le Chatelier.

Hóy xỏc định: a/ Nhiệt tạo thành của etylen ( ٱ H tt )

b/ Nhiệt đốt chỏy của etylen ( ٱ H đc )